CN102214779A - 一种高可靠性的发光二极管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种高可靠性的发光二极管及其制造方法，包括LED芯片，叠层凸点和基板，该叠层凸点包括层叠设置的至少第一凸点和第二凸点，该第一凸点设置在该LED芯片的P极和N极的表面或者设置在该基板的表面，该第二凸点设置在该第一凸点的表面，该LED芯片倒装设置在该基板上，并通过该叠层凸点与基板电连接。相对于现有技术，本发明通过钉头凸点工艺在第一凸点上形成第二凸点，增加了连接LED芯片和基底之间的连接高度，可以有效减缓LED芯片与基板之间热膨胀系数不匹配而产生的应力，从而可以提高产品在热循环加载条件下的可靠性，降低了传统倒装LED芯片封装由于材料应力失配而导致产品失效的风险。

Description

一种高可靠性的发光二极管及其制造方法
技术领域
本发明属于发光器件的制造领域，涉及一种发光二极管及其制造方法。
背景技术
随着LED(发光二极管)的发光效率不断提高，LED无疑成为近几年来最受重视的光源之一。LED是一种具有节能和环保特性的照明光源，集高光效、低能耗、低维护成本等优良性能于一身。理论上预计，半导体LED照明灯具的发光效率可以达到甚至超过白炽灯的10倍，日光灯的2倍。目前，LED技术发展的目标是高效率、全固态、环保型LED，推进LED在照明领域的应用。但是，LED可靠性的问题一直是困扰LED应用的一大难题。
请参阅图1，其是现有技术的LED封装结构的结构示意图。该LED封装结构包括一LED芯片1，该LED芯片的P极和N极分别通过一凸点2倒装焊接在基板3上。由于现有技术中制造凸点的工艺的限制，该每个凸点2的高度受到了很大的制约。但是由于LED芯片1与基板3之间具有材料性能的差异，这种差异会造成应力匹配的问题，会导致产品在热循环加载条件下存在失效风险，这种风险在大功率的LED产品中会被放大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种提高产品在热循环加载条件下的可靠性的发光二极管。
同时，本发明还提供了所述发光二极管的制造方法。
一种发光二极管，包括LED芯片，叠层凸点和基板，该叠层凸点包括层叠设置的至少第一凸点和第二凸点，该第一凸点设置在该LED芯片的P极和N极的表面或者设置在该基板的表面，该第二凸点设置在该第一凸点的表面，该LED芯片倒装设置在该基板上，并通过该叠层凸点与基板电连接。
进一步，该叠层凸点的高度大于5μm。
该叠层凸点的材料为金、银、铜、铝、锡、铅之一或者为上述金属材料的合金。
该基板的材料为硅片，或者陶瓷，或者印刷电路板，或者金属基印刷电路板，或者玻璃。
进一步，该叠层凸点还包括依序层叠设置的第三凸点至第N凸点，其中，N≥4，该第三凸点设置在该第二凸点的表面。
一种发光二极管的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S1：在基板上形成第一凸点，或者在LED芯片上形成第一凸点；
步骤S2：在第一凸点的表面形成第二凸点或形成第二凸点至第N凸点，其中，N≥3；
步骤S3：将LED芯片倒装在基板上，使LED芯片通过第一凸点和第二凸点或第N凸点与基板连接。
其中，该步骤S1采用蒸发沉积法、或印刷法、或电镀法、或钉头凸点法、或钎料传送法、或微球法的工艺在基板上或者LED芯片上形成该第一凸点。
该步骤S2采用钉头凸点法、或钎料传送法、或微球法的工艺在该第一凸点上形成第二凸点或形成第二凸点至第N凸点。
进一步，在步骤S2和步骤S3之间还包括步骤：采用钉头凸点法工艺在该第二凸点上形成第三凸点。
相对于现有技术，本发明通过钉头凸点工艺在第一凸点上形成第二凸点，增加了连接LED芯片和基底之间的连接高度，可以有效减缓LED芯片与基板之间热膨胀系数不匹配而产生的剪切应力，从而可以提高产品在热循环加载条件下的可靠性，降低了传统倒装LED芯片封装由于材料应力失配而导致产品失效的风险。
本发明的制造方法简单易行，便于实现大规模自动化的量产。
为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明阐述本发明的具体实施方式。
附图说明
图1是现有技术的LED封装结构的结构示意图。
图2是本发明LED封装结构的结构示意图。
图3a-3c是形成本发明LED封装结构的步骤1的制造方法示意图。
图4是形成本发明LED封装结构的步骤2的制造方法示意图。
图5是形成本发明LED封装结构的步骤3的制造方法示意图。
具体实施方式
实施例1
请参阅图2，其是本发明LED封装结构较佳实施方式的结构示意图。该LED封装结构包括一LED芯片10，第一凸点20，第二凸点30和一基板40。该第一凸点20设置在该基板40表面，该第二凸点30设置在该第一凸点20的表面，该LED芯片10倒装设置在该基板40上，该LED芯片10的P极和N极通过第一凸点20和第二凸点30与基板40电连接。
具体地，该第一凸点20和第二凸点30组成的叠层凸点的高度在5μm以上。该第一凸点20和第二凸点30的材料为金、银、铜、铝、锡、铅或者为上述金属材料的合金。
该基板40的材料采用硅片，或者陶瓷，或者印刷电路板(PCB)，或者金属基印刷电路板(MCPCB)，或者玻璃。
以下详细说明该LED封装结构的具体制造方法：
步骤S1：在基板40上形成第一凸点20。
具体的，可采用蒸发沉积法、印刷法、电镀法、钉头凸点法、钎料传送法、微球法等工艺形成该第一凸点20。在本实施例中，采用热超声焊接成球工艺的钉头凸点法的形成该第一凸点20。如图3a-3c所示，首先将金属焊料丝B的端头形成球状，控制金属焊料丝B的球端与基板40的键合区接触；然后对球端加压(热和/或超声)，使金属焊料丝B的球端与基板40的键合区金属50形成金属键合完成丝球焊接过程；最后将金属焊料丝B从丝球顶端截断，从而形成球形第一凸点20。
步骤S2：在第一凸点20的表面形成第二凸点30。
具体的，同样采用钉头凸点法形成该第二凸点30。如图4所示，首先将金属焊料丝B的端头形成球状，控制金属焊料丝B的球端与第一凸点20的键合区接触；然后对球端加压(热和/或超声)，使金属焊料丝B的球端与第一凸点20的键合区金属形成金属键合完成丝球焊接过程；最后将金属焊料丝B从丝球顶端截断，从而形成球形凸点；最后进行重熔过程，从而在在第一凸点20的表面形成第二凸点30。
步骤S3：如图5所示，将LED芯片10倒装在带有叠层凸点的基板40上，并使该LED芯片10的P极和N极通过第一凸点20和第二凸点30与基板40电连接。
实施例2
实施例2的结构与实施例1大致相同，其区别仅在于：第一凸点设置在该LED芯片的P极和N极的表面，该第二凸点设置在该第一凸点的表面，然后将设置有第一凸点和第二凸点的LED芯片倒装在基板上。
且，叠层凸点的制作是通过微球法工艺实现。具体的，首先将制作好的金属微球设置于基板或LED芯片的表面，然后经过再熔过程使微球与基板或LED芯片连接形成凸点，最后将LED芯片倒装在基板上。
本发明通过叠层凸点工艺在形成多层凸点结构，实现连接LED芯片和基底之间的特定连接高度，可以有效减缓LED芯片与基板之间材料热膨胀系数不匹配而产生的应力，从而可以提高产品在热循环加载条件下的可靠性，降低了传统倒装LED芯片封装由于材料应力失配而导致产品失效的风险。此外，实现叠层凸点结构的叠层凸点工艺简单易行，便于实现大规模自动化的量产。
此外，本发明的叠层凸点结构可包括多个凸点，如再在第二凸点表面设置第三凸点等，通过多个凸点以增加叠层凸点的高度。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (8)

1.一种发光二极管，其特征在于：包括LED芯片，叠层凸点和基板，该叠层凸点包括层叠设置的至少第一凸点和第二凸点，该第一凸点设置在该LED芯片的P极和N极的表面或者设置在该基板的表面，该第二凸点设置在该第一凸点的表面，该LED芯片倒装设置在该基板上，并通过该叠层凸点与基板电连接。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：该叠层凸点的高度大于5μm。
3.根据权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于：该叠层凸点的材料为金、银、铜、铝、锡、铅之一或者为上述金属材料的合金。
4.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于：该基板的材料为硅片，或者陶瓷，或者印刷电路板，或者金属基印刷电路板，或者玻璃。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：该叠层凸点还包括依序层叠设置的第三凸点至第N凸点，其中，N≥4，该第三凸点设置在该第二凸点的表面。
6.一种发光二极管的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S1：在基板上形成第一凸点，或者在LED芯片上形成第一凸点；
步骤S2：在第一凸点的表面形成第二凸点或形成第二凸点至第N凸点，其中，N≥3；
步骤S3：将LED芯片倒装在基板上，使LED芯片通过第一凸点和第二凸点或第N凸点与基板连接。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：该步骤S1采用蒸发沉积法、或印刷法、或电镀法、或钉头凸点法、或钎料传送法、或微球法的工艺在基板上或者LED芯片上形成该第一凸点。
8.根据权利要求6或7所述的制造方法，其特征在于：该步骤S2采用钉头凸点法、或钎料传送法、或微球法的工艺在该第一凸点上形成第二凸点或形成第二凸点至第N凸点。
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